اپتیک
پارادوکس سهقطبشگر
قطبشگر سومی را با 45° میان دو عمود بگذارید و نور دوباره میگذرد — I₀/8.
پارادوکس سهقطبشگر — شبیهسازی تعاملی اپتیک. قطبشگر سومی را با 45° میان دو عمود بگذارید و نور دوباره میگذرد — I₀/8. آزمایشگاه مجازی فیزیکِ رایگانِ مرورگری با اندازهگیریهای زندهٔ SI و آموزش هدایتشده.
سه قطبشگر
قطبشگر سومی را با 45° میان دو عمود بگذارید و نور دوباره میگذرد — I₀/8.
گذاشتن قطبشگر سومی با 45° میان دو عمود بر هم، نور را بر محوری میافکند که هیچیک کامل نمیبندد و گذار جزئی ممکن میشود — خلاف شهود اما الزامی از عاملهای پشتسرهم مالوس. بیشینهٔ گذرده برای ورقههای ایدهآل به I₀/8 میرسد.
- I₀/8 گذر میکند
- میانی 45°
خلاصهٔ پژوهش
پرسش را پیش از بازکردن آزمایشگاه برنامهریزی کنید
این خلاصه همان صفحهٔ از پیش رندرشده است: پرسش محوری، پیشبینیهای رقیب، نقش متغیرها، قوانین حاکم، برپاسازی، تحلیل و پرسشهای گسترش — به همین ترتیب و همیشه در دید میمانند.
پرسش محوری
دو قطبشگر عمود (90°) همهٔ نور را میبندند. اگر سومی را با زاویهای میانشان بگذارید، آیا افزودن یک عنصر بندندهٔ دیگر نورِ بیشتری را عبور میدهد؟
پیشبینیهایی که باید سنجیده شوند
- نه — افزودن هر قطبشگر بیشتر فقط نور را بیشتر میبندد، هرگز کمتر.
- شگفتانگیز ولی بله — قطبشگر میانی با زاویهٔ میانی واقعاً مقداری نور را برمیگرداند؛ قطبشگرهای بیشتر، پارادوکسوار، گذرده را بازمیگردانند.
- افزودن قطبشگر سوم چیزی را عوض نمیکند اگر دو بیرونی همچنان عمود باشند.
نقش متغیرها
آنچه شما تنظیم میکنید:
- زاویهٔ قطبشگر میانی (°)
آنچه اندازه میگیرید:
- کسری عبوری
پژوهش چگونه اجرا میشود
- پیشتنظیم سهقطبشگر را باز کنید و Reset بزنید. قطبشگرهای بیرونی ثابت 0° و 90° (عمود)؛ میانی از 45° شروع میکند.
- قرائت شدت گذرندهٔ نهایی را فعال کنید.
- زاویهٔ قطبشگر میانی را برای هر آزمایش تنظیم کنید (بیرونیها ثابت 0° و 90°) و کسر نوری را که از هر سه میگذرد ثبت کنید.
معادلهٔ حاکم
گذر سهقطبشگری — I = I₀·cos²θ
عبور از سه قطبشگر در پیهم، سه عامل را ضرب میکند: 50٪ گذرِ قطبشگر اول از نور قطبیدهنشده، سپس قانون مالوس cos² در هر گام زاویهٔ بعدی. قطبشگر میانی با زاویهای میانی میتواند بسیار بیشتر از دو قطبشگرِ عمودِ تنها عبور دهد.
برگهٔ کار چاپی از دانشآموزان چه میخواهد به دست آورند
- برای یک آزمایش، کسر عبوری را برابر 0.5·cos²(θ_mid)·cos²(90° − θ_mid) حساب کنید؛ جملهٔ اولیهٔ 0.5 ناقطبیده بودن نورِ گذرنده از قطبشگر اول را جبران میکند و سپس دو گام قانون مالوس (از 0° به θ_mid و سپس از θ_mid به 90°). با جدول مقایسه کنید. تأیید کنید θ_mid = 45° دقیقاً 1/8 میدهد.
- توضیح دهید چرا قطبشگر میانی در 45° — دقیقاً میانهٔ دو قطبشگر متقاطع — اثر شگفتانگیز «گذر دوبارهٔ نور» را بیشینه میکند: هر گام 45° بهتنهایی cos²(45°) = 50% عبور میدهد، بسیار بهتر از پرش مستقیم از 0° به 90° (که 0% عبور میدهد).
کجا غیر از آزمایشگاه خودش را نشان میدهد
- این اثر «صافی بیشتر، گذردهٔ بیشتر» مشهورترین قرینهٔ کوانتومی را دارد (آزمایش سهقطبشگر که نشان میداد اندازهگیری حالت کوانتومی را عوض میکند). به زبان موجی کلاسیک توضیح دهید چرا هر قطبشگر فقط نورِ از پیش موجود در جهت خودش را «برنمیگزیند»، بلکه فعالانه نور را بر محور خودش میافکند و حالتش را عوض میکند.
- با زاویهٔ قطبشگر میانی نزدیکشدن به 0° (همراستا با اولی) یا 90° (همراستا با آخری) با کسر گذرنده چه میشود؟ هر دو حد را با فرمولتان بررسی کنید و فیزیکی توضیح دهید چرا منطقیاند.
- AP Physics 2 — Unit 14: Waves, Sound, and Physical Optics
- IB Physics — C.3 Wave phenomena
- General High School Physics — Light & optics
- NGSS High School Physics — Wave properties
- به سهقطبشگر خوش آمدید
- انتخاب قطبشگر میانی
- Play را بفشارید
- قطبشگر میانی نور را میگذراند
- پنل ویژگیها را باز کنید
- انجامش دادید!
شبیهسازی تعاملی را باز کنید تا صحنه را بسازید، Play را بفشارید و با اندازهگیریهای زنده و آموزش هدایتشده کاوش کنید.